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超級合金:特性,加工和應用 Inconel 718
發布者:隆繼集團(Longji Group)發布時間:2021-04-26 16:32
超級合金:特性,加工和應用 Inconel 718
超級合金是復雜的高性能合金,對氧化環境和高溫具有很高的耐受性。它們通常根據其主要的矩陣元素進行分類。鎳,鈷或鐵,它們包含多種合金元素,包括難熔金屬(Nb,Mo,W,Ta),鉻和鈦。它們具有很高的機械強度,抗蠕變性和耐腐蝕性,特別是在高溫下[1]。這些特性使它們比其他合金更具挑戰性且生產成本更高,但是它們對于航空航天等行業的組件也至關重要。  
在這里,您將了解:
 
高溫合金的性能
普通超級合金的例子
高溫合金的組成
超級合金的加工
超級合金的未來趨勢
Depositphotos _35651917_xl-2015-compressor.jpg

高溫合金的特性

超級合金旨在用于高溫應用,這意味著它們需要在接近其熔點(高于650°C或1200°F)的高溫下保持其形狀。當與某些元素合金化時,在極端溫度下,高溫合金可以保持高強度,穩定性以及耐腐蝕和抗氧化性[2]。

高溫合金分為三大類[1、4、5]:

鎳基高溫合金

  • 高強度
  • 高熱阻
  • 高耐腐蝕性
  • 可加工性
  • 形狀記憶
  • 低熱膨脹系數

鈷基高溫合金

  • 與鎳或鐵基合金相比,熔點更高
  • 與鎳基或鐵基合金相比,具有出色的抗熱腐蝕性能
  • 與鎳基合金相比,具有更高的抗熱疲勞性和可焊性

鐵基高溫合金

  • 室溫下強度高
  • 高抗蠕變性,抗氧化,抗腐蝕和抗磨損

在這三類中,鎳基合金具有最廣泛的應用范圍,尤其是在航空航天工業中。鎳基合金中的必需溶質為(Al)和,其濃度小于10 wt。%。%。這允許生成由已知為伽瑪(γ)和伽馬素數(γ')的相組成的兩相平衡微觀結構。超級合金的基體由γ相組成,而它們的一次硬化是γ'相的結果。高溫強度以及超級合金的其他機械性能也是γ'相[6]的結果。

超級合金的例子

 

通過將基體元素(Ni,Co或Fe)與其他各種元素(例如鉻(Cr),鈦(Ti),鋁(Al),硼(B)和鐵(鐵)。在某些情況下,添加了難熔金屬,例如鉬(Mo),鈷(Co),鈮(Nb),鋯(Zr)等。下表列出了一些最常見的高溫合金的組成[7]。

Alloy

Fe

Ni

Co

Cr

V

Nb

Ta

Mo

W

Re

Zr

Al

Ti

B

C

Hf

Nickel-based alloys

IN-718

19

53

--

19

--

5.2

--

3

--

--

--

6.6

0.8

0.006

0.05

--

Mar-M 247

--

62

10

8.2

--

--

3

0.6

10

--

0.09

5.5

1.4

0.001

0.006

--

Udimet-700

--

53

19

15

--

--

--

5.2

--

--

--

4.3

3.5

0.03

0.08

--

CM SX-2

--

66

4.6

8

--

--

5.8

0.6

7.9

--

--

5.6

0.9

--

0.005

--

IN 713C

--

74

--

12

--

2

--

4.2

--

--

0.1

6.1

0.8

0.012

0.12

--

PWA 1480

--

63

5

10

--

--

12

--

4

--

--

5

1.5

--

--

--

Waspaloy

--

58

13

19

--

--

--

4.3

--

--

0.06

1.3

3

0.006

0.08

--

N-4

--

63

7.5

9.2

--

0.5

4

1

6

--

--

3.77

4.25

--

0.005

--

Rene 150

--

58

12

5

3

--

6

1

5

2.2

0.03

5.5

--

0.0015

0.06

1.5

Cobalt-based alloys

HS-188

3

22

39

22

--

--

--

--

14

--

--

--

--

--

0.1

--

X-40

--

10

54

25

--

--

--

--

7.5

--

--

--

--

--

0.5

--

Iron-based alloys

A-286

53

26

--

15

0.2

--

--

1.25

--

--

--

0.2

2.15

--

0.05

--

N-155

30

20

20

21

--

1

--

3

2.5

--

--

--

--

--

--

--

CG-27

38

38

--

13

--

0.6

--

5.5

--

--

--

1.5

2.5

0.01

0.05

--



加工超級合金

超級合金通常通過兩種單獨的方法進行加工;鑄造和粉末冶金[8]。

熔模鑄造 

也稱為失蠟鑄造,此過程使用蠟模型或復制品為熔融金屬創建外殼,主要用于復雜形狀。這是對先前流行的冷軋技術進行改進的第一種方法。

真空感應熔煉(VIM) 

這是一種標準的熔化方法,其中使用電流在真空中熔化金屬原料。這是對精密鑄造的一種改進,因為它可以更好地控制化學成分。

二次熔化 

在某些應用中,VIM會在材料中留下陶瓷夾雜物,從而影響疲勞性能。二次熔化是附加的熔化過程,可增加化學均勻性,并在VIM過程之后應用。這增加了化學均質性并減少了與初始過程相關的問題。

轉換

也稱為鑄錠轉換,此過程涉及多個階段的熱機械變形,以使通過二次熔化生產的超合金鑄錠適合機械應用。

定向凝固

在這種方法中,允許合金通過熱梯度的存在在低溫表面成核。這提供了沿晶粒方向的更大的抗蠕變性。

單晶生長

這是一個緩慢的過程,其中從籽晶中生長出單晶超合金成分。

粉末冶金(P / M)

這是一組用于關鍵疲勞應用的合金生產工藝,包括由金屬粉末混合物形成高溫合金。可以通過施加化學壓力使其結合來進行燒結以將這些金屬粉末轉變為零件[9]。現在也可以使用增材制造(也稱為3D打?。?/font>從3D模型的超級合金粉末中打印零件[10]。

高溫合金的應用

高溫合金有許多應用。這些主要包括飛機部件,化工廠設備和石化設備。下表顯示了超級合金[1]的一些應用。

飛機燃氣輪機組件

核電組件

化學產品

圓盤,螺栓,軸,殼體,葉片和葉片

燃燒室

加力爐

控制桿驅動機構

氣門桿

斯普林斯

風管

螺栓,閥門

反應容器

斯普林斯

風管

汽輪機動力裝置組件

金屬加工產品

醫療零件

螺栓和刀片

 

熱成型工具和模具

牙科組件

前列腺

汽車零件

航空航天零部件

熱處理設備

渦輪增壓器

排氣門

空氣動力加熱的皮膚

火箭發動機零件

托盤和固定裝置

傳送帶爐

超級合金的未來趨勢

超級合金的需求持續增長,這主要是由航空航天業推動的。挑戰之一是獨特和復雜零件的生產成本高。這部分通過使用增材制造來印刷復雜零件來解決。

超級合金研究的另一個有趣的焦點是納米顆粒的合成。這是通過輻射分解過程(一種輻射方法,其中物質的分子結構被分解形成納米顆粒)完成的。這種方法是一種靈活而通用的方法,用于制造其他方法無法輕松創建的大量超合金納米顆粒[11,12]。

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肯定的事實:在1920年代和1930年代,開發了不銹鋼以提高高溫應用的耐腐蝕性。但是,這些材料的強度有限。為了滿足需求,冶金界引入了第一批超合金,并在飛機工業中采用了鈷基合金。第二次世界大戰后不久,開發了鎳鉻和鐵基合金
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